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10.3运输-20-
10.4标识-21-
附录A(资料性附录)配电网用户侧电压源变流器典型拓扑及器件参数-22-
A.1配电网用户侧电压源变流器典型拓扑-22-
A.2电压源变流器用IGBT器件参数-23-
前 言
本标准(本指导性技术文件)按照《中国电机工程学会团体标准管理办法(暂行)》的要求,依据GB/T1.1—2009《标准化工作导则第1部分:
标准的结构和编写》的规则起草。
本标准(本指导性技术文件)制定的主要技术内容为
——规定了适用范围(见第1章);
——提出了规范性引用文件(见第2章);
——规定了本标准适用的术语和定义(见第3章);
——规定了本标准适用的符号、代号和缩略语(见第4章);
——规定了配电网用户侧电压源变流器的使用条件(见第5章);
——规定了配电网用户侧电压源变流器的分类及参数(见第6章);
——规定了配电网用户侧电压源变流器的技术要求(见第7章);
——规定了配电网用户侧电压源变流器的试验(见第8章);
——规定了配电网用户侧电压源变流器的文件和资料(见第9章);
——规定了配电网用户侧电压源变流器的包装、贮存、运输、标识(见第10章)
本标准(本指导性技术文件)附录A为资料性附录。
本标准(本指导性技术文件)的某些内容可能涉及专利,本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本标准(本指导性技术文件)由中国电机工程学会提出。
本标准(本指导性技术文件)由中国电机工程学会直流输电与电力电子标准委员会技术归口并解释。
本标准(本指导性技术文件)起草单位:
。
本标准(本指导性技术文件)主要起草人:
本标准(本指导性技术文件)为首次发布。
本标准(本指导性技术文件)执行过程中的意见或建议反馈至中国电机工程学会标准执行办公室(地址:
北京市西城区白广路二条1号,100761,网址:
http:
//,邮箱:
cseebz@)。
配电网用户侧电压源变流器技术导则
1范围
本标准规定了配电网用户侧电压源变流器的使用条件、分类及参数、技术要求、试验、文件资料、包装运输等方面内容。
本标准适用于380V-35kV交流配电网用户侧的电压源变流器。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T2900.33电工术语电力电子技术
GB/T32507电能质量术语
GB/T30553基于电压源变流器的高压直流输电
GB/T3859.1半导体变流器通用要求和电网换相变流器第1-1部分:
基本要求规范
GB/T3859.2半导体变流器通用要求和电网换相变流器第1-2部分:
应用导则
GB/T4798电工电子产品应用环境条件
GB/T14549电能质量公用电网谐波
GB/T15543电能质量三相电压不平衡
GB/T18481电能质量暂时过电压和瞬态过电压
GB/T12325电能质量供电电压偏差
GB50150电气装置安装工程电气设备交接试验标准
GB/T311.1绝缘配合第1部分:
定义、原则和规则
GB4208外壳防护等级(IP代码)
GB/T17741工程场地地震安全性评价
GB50260电力设施抗震设计规范
GB/T17626.2电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验
GB/T17626.3电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验
GB/T17626.4电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
GB/T17626.5电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验
GB/T17626.6电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度
GB/T17626.8电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验
GB/T17626.10电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡磁场抗扰度试验
GB/T17626.12电磁兼容试验和测量技术振荡波抗扰度试验
GB/T17626.29电磁兼容试验和测量技术电压下降、短时中断和电压变化抗扰度试
GB/T13422半导体电力变流器电气试验方法
GB/T13384机电产品包装通用技术条件
GB/T191包装储运图示标志
3术语和定义
GB/T2900.33、GB/T3859.1、GB/T30553、GB/T32507界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
配电网用户侧(usersideofdistributionsystem)
在配电网中,电力用户直接使用。
3.2
电压源变流器(voltagesourceconverter)
由可关断开关器件实现变流功能,直流侧储能元件(若需要)为电容器的变流器。
4符号、代号和缩略语
IGBT:
绝缘栅双极晶体管insulatedgatebipolartransistor
STATCOM:
静止同步补偿器staticsynchronouscompensator
FWD:
续流二极管fly-wheeldiode
5使用条件
5.1使用环境条件
电压源变流器正常使用环境条件如下:
a)根据我国各区域气候特点不同,电压源变流器分为常温型和低温型:
常温型:
-20℃~+45℃
低温型:
-40℃~+45℃
b)相对湿度:
≤95%
c)海拔高度≤1000m,海拔高度>1000m时,应按照GB/T3859.2中5.11.2的规定降额使用。
5.2安装场所条件
电压源变流器根据安装场所,分为户外型和户内型。
安装场所应具备以下条件:
a)无剧烈震动冲击,垂直倾斜度不大于5°
;
b)空气的污染程度不超过国家环境卫生的有关规定,不含有过量的尘埃,不含有酸、碱、腐蚀性及爆炸性微粒和气体;
c)安装场所为户内时,应备有供应冷却媒质的设施;
d)安装场所为户外时,应配备防御雨、雪、风、沙的设施。
5.3其他
如电压源变流器在异于5.1和5.2规定的条件下使用,用户应在订货时提出,并与制造厂商或供货商取得协议。
5.4参照电工类产品的使用条件
使用条件,本标准未尽事项,应符合GB/T4798中相关规定。
6分类及参数
6.1分类
电压源变流器可按如下几种特征进行分类。
6.1.1按变换方式分类
a)交流到直流的变换(整流器)AC-DC;
b)直流至交流的变换(逆变器)DC-AC;
1
2
3
4
5
6
6.1
6.1.1
6.1.2根据电压源变流器改变或控制电力系统的特征参量分类
a)频率、包括零频率(变频器);
b)电压(电压控制器);
c)相数(变相器);
d)无功功率的潮流(半导体无功补偿器);
e)负载功率的品质。
6.1.3按应用领域分类
电压源变流器按应用领域不同,可进行不同的分类。
6.1.3.1AC-DC
将电网的交流电转换为用户使用的直流电的变流器,称之为AC-DC变流器。
包括但不限于以下种类:
a)通信电源;
(包括高压直流电源)
b)铁道车辆电源;
(接触网取电电源)
c)直流充电桩;
d)直流稳定电源;
(实验室用,光伏电池板模拟源等)
e)一般用途大功率电源:
如蓄电池充电电源,电镀用整流器,电化学用电源、单晶炉电源等。
a)机场地面供电直流电压;
(28.5V,270V)
b)柔性直流输电装置(送电端)。
6.1.3.2DC-AC
将蓄电池,光伏电池板等直流电转换为交流电的变流器,称之为DC-AC变流器。
f)分布式光伏逆变器;
g)能源路由器;
h)不间断电源;
i)消防应急电源;
j)城市轨道交通再生能量回馈装置;
k)能量回馈型直流电子负载;
l)柔性直流输电装置(受电端);
m)储能变流器;
n)无功补偿装置;
o)有源电力滤波器;
6.2命名规则
电压源变流器的命名一般由类别代号,特征代码,设计序号,额定容量,额定电压五部分组成,如下图6.1所示。
图6.1电压源变流器命名规则
特征代码由两个字母组成,表示装置的有关特征,具体内容见下表。
设计序号由两位数字组成,表示设计定型产品的编号。
额定容量以千乏为单位,额定电压以千伏为单位。
对于户外使用的装置,可在全型号最后加“W”。
表6.1特征代码
第一个字母
第二个字母
D
L
S
N
Z
Q
F
T
单相
两相
三相
三线
四线
自然
冷却
强迫风冷
水-水冷却
水-风冷却
其他
方式
6.3额定参数
6.3.1额定电压
6.3.1.1直流额定电压
电压源变流器的额定直流电压在以下数值(V)中选取:
3、6、12、15、18、24、(30)、36、48、60、72、90、(100)、110/115、125、160、200、220、230、250、(275)、315、400、440/460、500、630、(660)、800、1000、1250、1600、2000、±
6000、±
10000、±
20000、±
35000……
上述给出的630V以上的数值不满足要求时,优先在R10数系中选取,其次在R20数系中选取,且应在专用产品标准中规定。
对于充电装产品,电压分为三挡:
150V~350V,300V~500V,450V~700V。
电力机车电源,输出电压为1180V。
电力变流器设备内部的触发、控制电源电压可不受此限制。
对直流额定电压有特殊要求时,由制造商与订货方协商确定。
注1:
带括号者为非优选值。
注2:
本条规定不适用于电力牵引用变流器,也不适用于其额定电压与某一标准电压具有固定关系的变流器。
6.3.1.2交流额定电压
电压源变流器的交流额定电压可采用:
220/380V、1(1.2)kV、3(3.6)kV、6(7.2)kV、10(12)kV、20(24)kV、35(40.5)kV。
注:
括号参数为设备对应电压等级下的最高电压。
对交流额定电压有特殊要求时,由制造商与订货方协商确定。
6.3.2额定功率
应根据电压源变流器额定功率,按表6.2选取合适的网侧额定电压。
表6.2变流器网侧额定电压与变流器额定功率
变流器额定容量S(kVA)
网侧额定电压(kV)
0.38
1
3
6
10
35
S≤50
★
―
50<S≤250
250<S≤3150
3150<S≤12500
125000<S≤20000
20000<S
6.3.3额定电流
根据电压源变流器额定功率和额定电压,确定额定电流值。
6.3.4额定频率
电压源变流器的额定频率(不包括无级或有级调节频率)应使用下列数值的频率(Hz):
50,(60),150,400,(500),1000,2500,4000,8000,10000,15000,20000,25000,30000,40000,50000,60000,80000,100000。
对额定频率有特殊要求时,由制造商与订货方协商确定。
括号内的数值不推荐使用。
60Hz只在出口产品或与进口设备配套等特殊情况下使用。
7技术要求
7.1一般要求
电压源变流器应具备的一般电气技术要求如下:
a)直流稳态电压允许波动范围(p.u.):
0.95~1.1;
b)直流稳态电压控制精度:
<1%;
c)交流稳态电压允许波动范围(p.u.):
0.9~1.1;
d)交流稳态电压控制精度:
<1%
e)交流频率允许偏差范围:
-2.5Hz~+1.5Hz;
f)谐波电流耐受能力:
<0.2倍额定电流。
其他运行条件按具体工程条件要求,由制造商与订货方协商确定。
7.2设计要求
7.2.1设计条件
7.2.1.1基本条件
设计的基本要求根据工程特点,原则上由需方提供,但某些条件可由供需双方协商确定。
电压源变流器基本设计条件可包括以下全部或部分内容。
7.2.1.2环境条件
a)海拔高度(m)
b)年平均环境温度(℃)
c)最高环境温度(℃)
d)最低环境温度(℃)
e)年平均相对湿度(%)
f)最大相对湿度(%)
g)覆冰厚度(mm)
h)年平均风速(m/s)
i)年最大风速(m/s)
j)地震烈度(度)
k)年平均雷电日(日/年)
l)污秽等级及盐密(ESDD)(级、mg/㎡)
m)日照强度(W/cm2)
7.2.1.3系统条件
a)装置连接点的电压等级及变化范围;
b)电网频率及变化范围;
c)过电压保护水平,包括雷电冲击和操作冲击保护水平;
d)中性点接地方式;
e)系统主接线和设备参数以及运行方式;
f)连接点的电能质量参数,包括电压变化范围(曲线)、谐波电压、电压波动和闪变、三相电压不平衡度等;
g)连接点的短路水平,包括最大和最小方式下的三相、三相短路电流(或短路容量);
h)相关保护定值以及故障清除时间。
7.2.1.4其他
a)场地面积(㎡)
b)冷却系统所需要的外部条件(如水温,水压,流量,水质等);
c)现有相关装置及设备(应包括接地、防雷等);
d)布置方式(户外或户内,单层或者双层布置,电缆或架空连接等);
e)监控方式(就地和/或远方);
f)站用电条件;
g)噪声水平
7.2.2设计寿命
电压源变流器的设计寿命一般不低于20年。
7.2.3设计内容
7.2.3.1设计目标
电压源变流器设计的基本目标是在规定的设计条件下,通过技术经济比较,合理地确定装置主接线方式及基本参数,以保证装置安全可靠运行,并达到预期补偿指标。
7.2.3.2设计内容
电压源变流器的设计内容应包括但不限于以下内容:
a)拓扑形式;
b)主接线方案;
c)运行方式;
d)参数选择;
e)控制和保护;
f)冷却方式;
g)辅助系统;
h)试验方案;
i)安装布置方案。
6.2
6.2.1
6.2.2
6.2.3
6.2.4
6.2.5
6.2.6
6.2.7
7.3功能及性能要求
7.3.1功能要求
7.3.1.1基本功能
参见6.1,不同应用领域的配电网用户侧电压源变流器实现的基本功能不尽相同,故在本标准中,不对电压源变流器的基本功能进行统一要求。
具体基本要求参见相关产品专用标准。
7.3.1.2监控功能
电压源变流器的监控系统应具备但不限于以下功能:
a)能够检测、显示、修改设备实时运行状态和运行参数等,必要时进行记录;
b)能够根据需要,提供就地和远方两种操作方式,任何方式仅有一种方式进行;
c)应具备操作权限管理功能;
d)能够根据需要,提供装置并网条件自动检测和判断功能;
e)应设置紧急操作功能;
f)应具备事件的监视与记录,即顺序事件功能,包括内部事件和外部事件;
g)应具备系统模拟图、趋势图、装置运行状态等显示功能;
h)应具备按照用户要求的通讯协议进行通讯的功能;
i)应具备故障检测功能。
7.3.1.3保护功能
电压源变流器通常配置但不限于以下保护功能:
1)输入/输出过、欠压保护;
2)输入过、欠频保护;
3)输入缺、错相保护;
4)过热保护;
6)过流保护;
7)过载保护;
8)通讯故障;
9)输出短路;
10)输出缺、错相;
11)输入直流防反;
12)防孤岛;
13)冷却系统故障保护;
14)模块故障保护;
15)接地故障保护。
对保护功能有特殊要求时,由制造商与订货方协商确定。
7.3.2性能要求
7.3.2.1运行特性
7.3.2.1.1稳态运行性能
对于AC-DC、DC-AC,当输出有功功率P为正时,电压源变流器作为DC-AC运行;
当P为负时,电压源变流器作为AC-DC运行;
当无功功率Q值为正时,电压源变流器运行在容性模式;
当Q值为负时,电压源变流器运行在感性模式。
电压源变流器的PQ示意图(不考虑滤波器)如图7.1所示。
电压源变流器可在PQ平面的所有四个象限内运行。
图7.1电压源变流器的PQ示意图
Umin为最小交流系统电压;
Umax为最大交流系统电压。
电压源变流器的功率传输能力取决于交流电网电压。
在较低的交流电压下,需要较大的电流以输出给定的功率,且输出容量受变流器通过电流能力的限制。
PQ运行曲线的圆心位置与电压源变流器的设计相关,不一定在示意图的原点。
图7.1给出了电压源变流器有功功率和无功功率的包络线。
它是电压源变流器的最大额定功率,且主要取决于电压源变流器的最大设计电流。
除了最大电流的限制,还可能有其他限制,例如最大无功功率容量。
7.3.2.1.2动态性能
a)交流系统故障和扰动类型
电压源变流器设计和运行时需要考虑的交流系统故障和扰动包括:
-电压瞬时跌落;
-电网电压缺相;
-三相电压不平衡;
-负载突变;
-三相电流不平衡;
-谐波电流注入。
b)直流电源故障类型
电压源变流器设计和运行时需要考虑的直流电源故障包括:
-母线或线路相间短路故障;
-母线或线路单相接地故障;
-断线故障;
-交直流碰线故障。
c)电压耐受能力
电压源变流器应能承受的电压耐受水平,具体要求见表7.1:
表7.1电压源变流器电压耐受水平
额定电压Un(kV)
(有效值)
设备最高电压Um(kV)
短时工频耐受电压(kV)
雷电冲击耐受电压(kV)
(峰值)
7.2
25
60
12
30
75
20
24
50
125
40.5
80
185
d)电流耐受能力
电压源变流器应能承受额定电流、过负荷电流以及各种暂态冲击电流的能力,具体要求如下:
-1.1p.u.,长期;
-1.4p.u.,10s;
-1.5p.u.,5ms。
e)交流系统扰动
电压源变流器可通过下述方式向交流配电系统提供支撑:
-紧急功率控制;
-电压支持;
-注入短路电流。
电压源变流器可以快速调整有功功率传输方向和功率水平,向失去交流电源的交流配电线路提供功率支撑。
电压源变流器可以作为静止同步补偿器(STATCOM)运行,向与其联接的交流配电线路提供快速的电压支撑,限制电压暂降,改善电能质量。
当电压源变流器作为交流系统电源时,为了得到可靠的过电流保护,需要电压源变流器提供一定的短路电流,其最大短路电流通常由装置的动态运行范围决定。
f)交流系统故障下电压源变流器的耐受能力
对于持续时间不大于500ms的交流故障,在满足IGBT的电压耐受和电流耐受能力条件下,电压源变流器能够穿越。
对于持续时间大于500ms的交流故障,或故障产生的暂态电压、电流超过IGBT的耐受能力,允许电压源变流器闭锁。
IGBT应能够在电压源变流器交流母线电压恢复后20ms内解锁。
交流系统发生严重故障时,可通过继续触发IGBT维持直流电流以某一幅值运行,从而改善直流系统的恢复性能。
g)直流电源故障下电压源变流器的耐受能力
当直流电源发生故障时,从故障发生到故障切除的这段时间内,电压源变流器应能够承受一定范围内的故障电流和暂态电压。
在某些电压源变流器拓扑结构中,续流二极管(FWD)可作为不可控整流桥运行,可能会直接承受严重的暂态过电流。
续流二极管应能够耐受电压源变流器直流电源发生短路故障时的故障电流。
7.3.2.2绝缘性能
电压源变流器应具有足够的绝缘性能,满足各种类型过电压(直流、交流、操作冲击和雷电冲击等)要求。
电压源变流器的绝缘性能根据系统绝缘配合研究报告要求确定,包括:
1)系统过电压分析;
2)绝缘水平的确定;
3)避雷器配置;
4)爬电与空气净距设计。
7.3.2.3效率
电压源变流器的效率应符合专用产品标准的规定。
可由额定输入条件,额定负载条件下,输入输出功率之比确定,也可以用短路试验和轻载试验时测量内部损耗或计算其内部损耗的方法来确定。
要求不带隔离变压器电压源变流器的转换效率最大值不应低于96%,带隔离变压器型变流器的转换效率最大值应不低于94%。
7.3.2.4电磁兼容、噪声
电压源变流器应具有适当的抗电磁干扰能力,应保证信号传输不受电磁干扰,执行部件不发生误动作。
同时,装置本身产生的电磁干扰不应超过相关装置的标准,对外部其他设备不造成影响。
电压源变流器会产生噪声,在额定功率和周围环境噪声不大于40dB的条件下,距离噪声源(户外安装为箱式壳体,户内安装为屏柜壳体)水平位置1m处,测得的装置噪声最大值不应大于80dB。
特殊要求由供货方和购货方协商确定。
7.3.2.5温升
在电的作用下,电压源变流器受到热应力的作用和影响,其结构的安全性有可能降低,同时有可能产生不利于安全的影响,以下部位需要进行
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- 运行 维护 手册